杜貴明 龐麗芹

（長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130033）

電梯是高層建筑不可缺少的交通運輸設(shè)備。隨著建筑物規(guī)模越來越大，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等特性提出了更高的要求。電梯的性能對于乘坐者而言，要求能夠具有安全、舒適、速度快、振蕩小、平層精度高等性能。對于使用單位而言，還要求能夠具有成本低、效率高、維護方便、空間占據(jù)體積小等特點。為此，一部優(yōu)質(zhì)電梯系統(tǒng)需要同時滿足這兩方而的性能要求，這就對電機性能及其控制模式提出了新的挑戰(zhàn)。

1 曳引電動機的常用類型

電梯系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于電動機的性能，所以選擇理想的曳引電動機結(jié)構(gòu)對于電梯的正常運行起到舉足輕重的作用，因此結(jié)構(gòu)的選擇非常重要。電梯中常用的曳引電動機類型包括:交流異步電動機、有刷直流電動機和永磁同步電動機，各種電機的有各自的特點。

1.1 交流異步電動機

交流異步電動機也叫感應(yīng)電機，它和其他電機比較，它具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、制造容易、成本較低、堅固耐用等優(yōu)點。采用現(xiàn)代矢量控制方法，可以使感應(yīng)電機獲得良好的調(diào)速性能。感應(yīng)電機的缺點一是損耗大、效率較低、溫度較高;二是必須從電網(wǎng)吸取滯后電流，使電網(wǎng)功率因數(shù)降低。因此感應(yīng)電機在電梯曳引系統(tǒng)中將逐漸退出。

1.2 有刷直流電動機

由于直流電機具有良好的起動性能，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑而迅速地調(diào)速，所以曾被廣泛用于電梯系統(tǒng)中。但近幾年有刷直流電機的機械換向器限制了功率的提高，給維護和檢修帶來了極大的困難，同時換向火花所帶來的無線電干擾，又會影響曳引驅(qū)動系統(tǒng)的正常運行。由于這些缺陷，直流電機在電梯曳引系統(tǒng)中已退出主流。

1.3 永磁同步電動機

電梯的驅(qū)動系統(tǒng)對電機的加速、穩(wěn)速、制動、定位都有一定的要求。20世紀70年代隨著變頻技術(shù)發(fā)展成熟，異步電動機的變頻調(diào)速驅(qū)動迅速取代了電梯行業(yè)中的直流調(diào)速系統(tǒng)。而近幾年電梯行業(yè)中最新驅(qū)動技術(shù)就是永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)，其體積小，控制性能好，將能做到低速直接驅(qū)動，消除齒輪減速裝置；其低噪聲、平層精度和舒適性都優(yōu)于以前的驅(qū)動系統(tǒng)，適合在無機房電梯中使用。永磁同步電動機曳引技術(shù)采用高性能的永磁同步電動機、磁場定向的矢量變換控制技術(shù)、快速電流跟蹤變頻裝置以及低摩擦的無齒輪結(jié)構(gòu)，它是電梯驅(qū)動技術(shù)的飛躍，有很好的發(fā)展前景。

2 驅(qū)動系統(tǒng)的控制技術(shù)

電梯系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于電機性能及其采用的控制模式，所以選擇理想電機的控制模式對于電梯的正常運行起到舉足輕重的作用。目前，常用的控制方式有以下幾種。

2.1 矢量控制

在逆變器供電情況下，對永磁同步電動機的分析，通常是采用同步旋轉(zhuǎn)的d-q坐標系下的Park模型。在此模型中，同步電機的電壓、電流和磁通都可分解為相互解耦的d、q軸分量。對永磁同步電動機的輸出轉(zhuǎn)矩的控制，可歸結(jié)為對交軸電流和直軸電流的控制。采用矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)，其性能超過直流電機的調(diào)速性能。

2.2 直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制之后發(fā)展起來的一種新型的高性能交流變頻調(diào)速技術(shù)。其基本思想是在維持定子磁鏈幅值恒定的前提下，通過調(diào)整定子磁鏈在空間的旋轉(zhuǎn)速度，進而調(diào)整滑差頻率以控制電動機的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。該方法是在定子坐標系下分析交流電機的數(shù)學(xué)模型，強調(diào)對電機的轉(zhuǎn)矩進行直接控制，省略了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的變換和計算。因此，直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題，很大程度上克服了矢量控制的缺點。

目前，直接轉(zhuǎn)矩控制主要應(yīng)用于感應(yīng)電機，應(yīng)用于永磁同步電機的研究較少，原因是由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的差異，使感應(yīng)電機的直接轉(zhuǎn)矩控制手段不能直接應(yīng)用于永磁同步電機。另外，直接轉(zhuǎn)矩控制雖然對電機參數(shù)的依賴性較?。▋H需知道定子電阻），但算法較復(fù)雜，否則造成轉(zhuǎn)矩脈動，需在電機設(shè)計與控制手段上進行改善。

2.3 自適應(yīng)控制

自適應(yīng)控制能在系統(tǒng)運行過程中不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐漸完善，所以是克服參數(shù)變化影響的有力手段。自適應(yīng)控制方法有:模型參考自適應(yīng)、參數(shù)辨識自校正控制以及新發(fā)展的各種非線性自適應(yīng)控制。這些方法存在的問題是:一是數(shù)學(xué)模型和運算繁瑣，使控制系統(tǒng)復(fù)雜化；一是辨識和校正都需要一個過程，對于一些參數(shù)變化較快的系統(tǒng)，因來不及校正而難以產(chǎn)生很好的效果。

2.4 智能控制

智能控制理論是自動控制學(xué)科發(fā)展里程中的一個嶄新階段，與傳統(tǒng)的經(jīng)典、現(xiàn)代控制方法相比，具有一系列獨到之處。首先，它突破了傳統(tǒng)控制理論中必須基于數(shù)學(xué)模型的框架，不依賴或不完全依賴于控制對象的數(shù)學(xué)模型，只按實際效果進行控制。其次，繼承了人腦思維的非線性，智能控制器也具有非線性特征；同時，利用計算機控制的便利，可以根據(jù)當前狀態(tài)切換控制器的結(jié)構(gòu)，用變結(jié)構(gòu)的方法改善系統(tǒng)的性能。在復(fù)雜系統(tǒng)中，智能控制還具有分層信息處理功能和決策功能。利用智能控制的非線性、變結(jié)構(gòu)、自尋優(yōu)等功能來克服交流伺服系統(tǒng)變參數(shù)與非線性等不利因素，可以提高系統(tǒng)的魯棒性。

目前智能控制在交流伺服系統(tǒng)應(yīng)用中較為成熟，有模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，而且大多是在模型控制基礎(chǔ)上增加一定的智能控制手段，以消除參數(shù)變化和擾動的影響。模糊控制是利用模糊集合來刻畫人們?nèi)粘Ｋ褂玫母拍钪械哪：裕箍刂破髂芨普娴啬７率炀毑僮魅藛T和專家的控制經(jīng)驗與方法，它包括精確量的模糊化、模糊推理、模糊判決二部分。模糊控制系統(tǒng)只有與其他控制方法相結(jié)合，才能獲得優(yōu)良的性能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指用工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)的結(jié)構(gòu)和功能的一種信息處理系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究從20世紀40年代初開始，20世紀80年代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論取得了突破性進展，成為智能控制的一個重要分支。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于模擬人腦神經(jīng)元活動過程，其中包括信息的加工、處理，存儲等。

雖然智能控制用于交流傳動系統(tǒng)的研究已取得了一些成果，但是有許多問題尚待解決，如智能控制器主要憑經(jīng)驗設(shè)計，對系統(tǒng)性能（如穩(wěn)定性和魯棒性）缺少客觀的理論預(yù)見性，且設(shè)計一個系統(tǒng)需獲取大量數(shù)據(jù)，設(shè)計出的系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩。

總之，對現(xiàn)代電梯性能的衡量主要著重于安全的可靠性和乘坐的舒適性。另外，對經(jīng)濟性、能耗、噪聲和電磁干擾等方而也有相應(yīng)要求。無機房和小機房、無齒輪、電磁兼容性、遠程監(jiān)控等技術(shù)將是電梯工業(yè)今后的主要研究方向。多品種、智能化和綠色環(huán)保將是電梯的發(fā)展方向。

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